Forudsigelse af fasestabiliteten af ​​blødt stof

Blødt stof er en vigtig klasse af materialer, der typisk består af kolloide partikler og/eller polymerer i et flydende medium. For visse sammensætninger har disse typer systemer en tendens til at (mikro-)faseseparere og udblandes i sameksisterende faser, der adskiller sig i sammensætning, struktur og egenskaber. Ph.D.-forsker Joeri Opdam udviklede teoretiske metoder til præcist at forudsige faseadfærden af ​​blødt stofsystemer, der består af kolloide blandinger og blokcopolymerer, hvilket er afgørende for deres anvendelse i produkter som belægninger, lægemidler og fødevarer.

Kolloide partikler og polymerer er vigtige byggesten til fremstilling af nye materialer. Desuden er de allestedsnærværende i såkaldt "blødt stof", som refererer til industrielle produkter som maling, mayonnaise og tandpasta, men også naturlige systemer som ler, blod og levende celler. Sådanne systemer udviser faseadfærd svarende til atomer og molekyler, hvor der, afhængigt af koncentrationen af ​​kolloide og/eller polymere komponenter, antages forskellige faser såsom en væske eller en (flydende) krystal. I en kolloid dispersion, der indeholder partikler med forskellige størrelser og/eller former eller i opløsninger af blokcopolymerer, kan vekselvirkningerne mellem de forskellige komponenter inducere faseadskillelse. Derefter er systemet ikke længere homogent, men demixes i sameksisterende faser med forskellige sammensætninger. Til mange anvendelser ønskes det at forhindre faseadskillelse, men i visse tilfælde kan det være en ønsket effekt at adskille komponenter ved hjælp af faseovergange eller inducere lagdeling.

I sin ph.d. forskning, forbedrede Opdam teoretiske koncepter oprindeligt udviklet til at studere faseadfærd af kolloid/polymerblandinger, men som nu kan anvendes på kolloide blandinger. Med denne teoretiske model kortlagde han stabilitetsregionerne af forskellige typer (sameksisterende) faser for kolloide blandinger for en lang række størrelsesforhold, formparametre og koncentrationer. Modelforudsigelserne er i tæt overensstemmelse med eksperimenter og computersimuleringer udført af samarbejdspartnere. Desuden afslørede teorien en række interessante fænomener, såsom muligheden for at adskilles i fem forskellige sameksisterende faser i en simpel dispersion, der kun indeholder to typer hårde partikler.

Gittermodel

Blokcopolymerer kan spontant ordne i makroskopiske faser med periodiske domæner i nanometerskalaen. Ved hjælp af en gittermodel baseret på selvkonsistent feltteori viste Opdam, hvordan opløsningsmidler kan bruges til at manipulere størrelsen og formen af ​​disse domæner, som kan bruges til at fremstille blokcopolymermaterialer med specifikke optiske eller elektroniske egenskaber. Desuden viste han, hvordan overfladeaffiniteten af ​​blokcopolymer-overflademodifikatorer i belægningsformuleringer, der er relevante for bilindustrien, påvirkes af tørring. Resultaterne understøttede eksperimentelle fund, som afslørede, at fordelingen af ​​blokcopolymerer over bulken og overfladen kan afvige væsentligt mellem den våde belægningsformulering og den hærdede belægning.

Teoretiske modeller tilbyder en hurtig metode til at estimere, hvordan visse parametre påvirker faseovergange og kan derfor bruges til at guide eksperimentelt og beregningsmæssigt arbejde. Denne forskning er derfor et vigtigt skridt i retning af forståelse og effektiv brug af kolloide blandinger og blokcopolymerer, som hjælper med design af blødt stofsystemer med ønskede egenskaber. + Udforsk yderligere

Elastiske felter udvider forståelsen af ​​chirale molekylære krystaller